[發明專利]通過在線激光掃描器控制粉末床的熔化池的冷卻速率的方法及直接金屬激光熔化制造系統

有效

• 申請號: 201780072028.8
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN109996644B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 杰森·哈里斯·卡普;威廉姆·托馬斯·卡特爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B23K26/342
• 分類號: B23K26/342;B33Y80/00;B33Y30/00;B23K26/082;B23K26/04;B23K26/06;B23K26/062;B33Y10/00
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司 31300
• 代理人: 肖華

1.一種控制粉末床的熔化池的冷卻速率的方法，其特征在于，包含：

在所述粉末床上引導第一激光束以形成熔化池；

使第二激光束與所述第一激光束同軸地對準；

使所述第二激光束的聚焦光斑相對于所述熔化池橫向偏移，其中，所述第二激光束加熱，但不熔化所述聚焦光斑內的粉末，其中，所述第二激光束引導通過所述第一激光束形成的所述熔化池；以及

至少部分地通過以圍繞所述熔化池的圖案使所述第二激光束的所述聚焦光斑橫向偏移來掃描所述第一激光束和相對所述粉末床橫向偏移的所述第二激光束，其中，所述圖案包括所述第二激光束在引導和尾隨所述熔化池之間交替的搖擺圖案。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，其中，使所述第二激光束橫向偏移包含：使所述第二激光束反射偏離能夠繞著兩個軸線傾斜的反射器。

3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，其中，所述反射器是壓電致動反射鏡、MEMS反射鏡、聲光偏轉器、電光偏轉器或振鏡掃描器。

4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，其中，使所述第二激光束與所述第一激光束同軸地對準包含：使所述第一激光束經過束組合器，并且使從所述反射器反射的所述第二激光束反射偏離所述束組合器，并且使所述第一激光束和所述第二激光束經過共享光學系統。

5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，其中，所述第一激光束和所述第二激光束具有不同的波長，并且所述束組合器是二向色束組合器。

6.如權利要求4所述的方法，其特征在于，其中，所述第一激光束和所述第二激光束具有相同的波長并具有正交偏振，并且所述束組合器是偏振相關的束組合器。

7.如權利要求2所述的方法，其特征在于，進一步包含：

在使所述反射器傾斜時，調節所述第一激光束或所述第二激光束中的至少一個激光束的功率和/或功率密度。

8.如權利要求2所述的方法，其特征在于，其中，使所述第二激光束反射偏離所述反射器包含：使所述反射器在0.1°和0.25°之間傾斜。

9.一種直接金屬激光熔化制造系統，其特征在于，包含：

至少一個激光源，所述至少一個激光源產生第一激光束和第二激光束；

反射器，所述反射器能夠繞著兩個軸線傾斜，并且被構造成反射所述第二激光束；

束組合器，所述束組合器使所述第一激光束通過并且反射從所述反射器反射的所述第二激光束；

光學系統，所述光學系統被構造成使所述第一激光束和所述第二激光束同軸地對準，并且將所述第一激光束和所述第二激光束引導到粉末床，其中，所述第一激光束在所述粉末床中形成熔化池；

控制器，所述控制器使所述反射器傾斜以使所述第二激光束的聚焦光斑相對于所述熔化池橫向偏移，其中，所述第二激光束加熱，但不熔化所述聚焦光斑內的粉末，其中，所述第二激光束引導通過所述第一激光束形成的所述熔化池；以及

掃描器，所述掃描器被構造成至少部分地通過以圍繞所述熔化池的圖案使所述第二激光束的所述聚焦光斑橫向偏移來掃描所述第一激光束和相對所述粉末床橫向偏移的所述第二激光束，其中，所述圖案包括所述第二激光束在引導和尾隨所述熔化池之間交替的搖擺圖案。

10.如權利要求9所述的系統，其特征在于，其中，所述第一激光束和所述第二激光束具有不同的波長，并且所述束組合器是二向色束組合器。

11.如權利要求9所述的系統，其特征在于，其中，所述第一激光束和所述第二激光束具有相同的波長并具有正交偏振，并且所述束組合器是偏振相關的束組合器。

12.如權利要求9所述的系統，其特征在于，其中，在使所述反射器傾斜時，所述控制器調節所述第一激光束或所述第二激光束中的至少一個激光束的功率。